# Limpieza del entorno
rm(list = ls(all = TRUE))
2 Tablas de Mortalidad
3 Distribuciones de Sobrevivencia
3.1 Densidad Weibull
3.1.1 Funciones para X
Primero se definen los parámetros estimados para la densidad Weibull y luego se construyen las funciones de densidad, sobrevivencia y distribución.
# Parámetros estimados de la densidad Weibull
<- 5.958716
a <- 78.82047
b
# Función de densidad de X, f(x)
<- function(x) {
fx / b) * (x / b)^(a - 1) * exp(- (x / b)^a)
(a
}
# Verificación de la densidad integrando f(x) de 0 a infinito y de 0 a w
integrate(fx, lower = 0, upper = Inf)
1 with absolute error < 3.4e-06
<- 120
w integrate(fx, lower = 0, upper = w)
0.9999952 with absolute error < 4.4e-08
# Gráfica de la densidad Weibull para x = 1,2,...,w
plot(fx(1:w), main = "Densidad Weibull", xlab = "x", ylab = "f(x)")
4 Distribución Weibull
Para una variable aleatoria (X) que sigue una distribución Weibull con parámetros (a) (forma) y (b) (escala), las expresiones relevantes son las siguientes:
4.1 Función de Densidad (PDF)
La densidad se expresa como:
\[ f(x) = \frac{a}{b}\left(\frac{x}{b}\right)^{a-1}\exp\left[-\left(\frac{x}{b}\right)^a\right],\quad x > 0. \]
4.2 Función de Distribución Acumulada (CDF)
La función de distribución acumulada se define mediante la integral de la densidad:
\[ F(x) = \int_0^x f(t)\,dt = \int_0^x \frac{a}{b}\left(\frac{t}{b}\right)^{a-1}\exp\left[-\left(\frac{t}{b}\right)^a\right] dt. \]
Realizando el cambio de variable
\[ u = \left(\frac{t}{b}\right)^a,\quad dt = \frac{b}{a}\, u^{\frac{1}{a}-1}\,du, \]
la integral se transforma en:
\[ F(x) = \int_{0}^{\left(\frac{x}{b}\right)^a}\exp(-u)\,du = 1 - \exp\left[-\left(\frac{x}{b}\right)^a\right]. \]
4.3 Función de Supervivencia
La función de supervivencia (o función de confiabilidad) es:
\[ S(x) = 1 - F(x) = \exp\left[-\left(\frac{x}{b}\right)^a\right]. \]
4.4 Función de Riesgo (Hazard)
La función de riesgo se define como la razón entre la densidad y la función de supervivencia:
\[ h(x) = \frac{f(x)}{S(x)} = \frac{\frac{a}{b}\left(\frac{x}{b}\right)^{a-1}\exp\left[-\left(\frac{x}{b}\right)^a\right]}{\exp\left[-\left(\frac{x}{b}\right)^a\right]} = \frac{a}{b}\left(\frac{x}{b}\right)^{a-1}. \]
4.4.1 Función de Sobrevivencia y Distribución de X
Se definen la función de sobrevivencia y, a partir de ella, la función de distribución.
# Función de sobrevivencia de X, S(x)
<- function(x) {
Sx exp(-(x / b)^a)
}
# Gráfica de la función de sobrevivencia
plot(Sx(0:w), main = "Función de Sobrevivencia S(x)", xlab = "x", ylab = "S(x)")
Sx(0); Sx(w)
[1] 1
[1] 4.841952e-06
# Función de distribución de X, F(x) = 1 - S(x)
<- function(x) {
Fx 1 - Sx(x)
}
# Gráfica de la función de distribución
plot(Fx(0:w), main = "Función de Distribución F(x)", xlab = "x", ylab = "F(x)")
Fx(0); Fx(w)
[1] 0
[1] 0.9999952
4.5 Funciones para T: Tiempo futuro de vida de (x)
Ahora se consideran las funciones condicionales de sobrevivencia y fallar para un individuo de edad x, junto con la función de riesgo y la densidad de T.
# Edad inicial para el análisis
<- 60
x
# tpx: Probabilidad condicional de sobrevivir a "x+t" dado que se sobrevive a "x"
<- function(x, t) {
tpx Sx(x + t) / Sx(x)
}
# Gráfica de tpx
plot(c(x:w), tpx(x, 0:(w - x)), main = "tpx: Probabilidad de sobrevivir a x+t",
xlab = "Tiempo", ylab = "tpx", xlim = c(0, w))
lines(Sx(0:w), col = 2)
# tqx: Probabilidad condicional de fallar antes de "x+t" dado que se sobrevive a "x"
<- function(x, t) {
tqx Sx(x) - Sx(x + t)) / Sx(x)
(
}
# Gráfica de tqx
plot(c(x:w), tqx(x, 0:(w - x)), main = "tqx: Probabilidad de fallecer antes de x+t",
xlab = "Tiempo", ylab = "tqx")
# Función de riesgo Mux1 y su versión simplificada Mux
<- function(x) {
Mux1 fx(x) / Sx(x)
}
<- function(x) {
Mux / b) * (x / b)^(a - 1)
(a
}
Mux1(x); Mux(x)
[1] 0.01954189
[1] 0.01954189
plot(c(x:w), Mux(0:(w - x)), main = "Función de riesgo Mux", xlab = "x", ylab = "Mux")
# Comparación de Mu con tqx
plot(c(0:110), tqx(0:110, 1), col = 2, lwd = 3,
main = "Comparación de tqx y Mux",
xlab = "x", ylab = "Valor")
lines(c(0:110), Mux(0:110))
# Función de densidad de T, f(t)
<- function(t) {
ft tpx(x, t) * Mux(x + t)
}
integrate(ft, lower = 0, upper = Inf)
1 with absolute error < 2.6e-06
plot(c(x:w), ft(0:(w - x)), xlim = c(0, w), lwd = 3,
main = "Función de densidad de T", xlab = "t", ylab = "ft")
lines(fx(0:w), col = 2, lwd = 3)
5 Taller
5.1 1) Recién nacidos
5.1.1 a) Calcular la probabilidad de que un recién nacido muera entre 60 y 60.0833
La probabilidad es la diferencia en la función de distribución para un recién nacido (edad 0):
<- Fx(60.0833) - Fx(60)
p1a1 <- Sx(60) - Sx(60.0833)
p1a2 p1a1; p1a2
[1] 0.001340586
[1] 0.001340586
5.1.2 b) Aproximar la probabilidad del punto (a) con base en el uso directo de f(x)
Se utiliza la aproximación lineal usando la densidad en el inicio del intervalo:
<- 1/12
delta <- fx(60) * delta
p1b p1b
[1] 0.001337605
5.1.3 c) Calcular la probabilidad de que un recién nacido muera entre 80 y 80.0833
De forma similar, se calcula la diferencia en la función de distribución:
<- Fx(80.0833) - Fx(80)
p1c1 <- Sx(80) - Sx(80.0833)
p1c2 p1c1; p1c2
[1] 0.00227147
[1] 0.00227147
5.2 2) Calcular la probabilidad de que (60) muera entre 60 y 60.0833.
Para un individuo que ya tiene 60, las probabilidades se condicionan a haber sobrevivido hasta 60.
5.2.1 a) Usando f(x)
La probabilidad condicional es:
\[ P(60 < X \le 60.0833 \mid X > 60)= \frac{F(60.0833) - F(60)}{S(60)}= \frac{\int_{60}^{60.0833} f(x)\,dx}{\int_{60}^{\infty} f(x)\,dx} \]
# Usando diferencia de la función de distribución
<- (Fx(60.0833) - Fx(60)) / Sx(60)
p2a1
# Alternativamente: integrar la densidad
<- integrate(fx, lower = 60, upper = 60.0833)$value
numerador <- integrate(fx, lower = 60, upper = Inf)$value
denominador <- numerador / denominador
p2a_alt
p2a1; p2a_alt
[1] 0.001632119
[1] 0.001632119
5.2.2 b) Usando (f_T(t))
La densidad del tiempo futuro de vida (T) para un individuo de 60 años está dada por:
\[ f_T(t) = tpx(60, t) \cdot \mu(60 + t) \]
Entonces, la probabilidad de que muera entre los 60 y 60.0833 años, es decir, que es:
\[ P(0 < T \le 0.0833) = \int_0^{0.0833} f_T(t)\,dt \]
# Cálculo directo de la probabilidad mediante la integral de f_T(t)
<- integrate(ft, lower = 0, upper = 0.0833)$value
p2b p2b
[1] 0.001632119
Esta es otra forma de calcular la misma probabilidad que en el punto anterior, pero vista desde la variable aleatoria de tiempo futuro (T = X - 60).
5.2.3 c) Aproximar la probabilidad con base en el uso directo de \(\mu(x)\)
Se usa la aproximación (60)t:
<- Mux(60) * 0.0833
p2c p2c
[1] 0.001627839
5.2.4 d) Calcular la probabilidad de que (80) muera entre 80 y 80.0833
Para un individuo de 80 se tiene:
\[ P(80 < X \le 80.0833 \mid X > 80) = \frac{F(80.0833)-F(80)}{S(80)}. \]
<- (Fx(80.0833) - Fx(80)) / Sx(80)
p2d p2d
[1] 0.006773194
5.3 3) Calcular la probabilidad de que (60) muera entre 80 y 80.0833.
Aquí el intervalo de tiempo en la vida futura es de ( t=20 ) a ( t=20.0833 ) (ya que (80-60=20)).
5.3.1 a) Usando f(x)
La probabilidad condicional usando la función de distribución es:
\[ P(80 < X \le 80.0833 \mid X > 60)=\frac{F(80.0833)-F(80)}{S(60)}. \]
<- (Fx(80.0833) - Fx(80)) / Sx(60)
p3a p3a
[1] 0.002765441
5.3.2 b) Usando f(t)
Integramos la densidad de la vida futura (f_T(t)) en el intervalo (t [20,20.0833]):
<- integrate(ft, lower = 20, upper = 20.0833)$value
p3b p3b
[1] 0.002765441
5.3.3 c) Aproximar la probabilidad con base en el uso directo de ((x))
Se usa la aproximación ( (80) ):
<- Mux(80) * 0.0833
p3c p3c
[1] 0.006778712
5.4 4) Esperanza de vida
La esperanza de vida para un individuo de edad (x) es:
\[ e_x = \frac{1}{S(x)}\int_x^\infty S(t)\,dt. \]
5.4.1 a) Calcular la esperanza de vida para (0), (20) y (60)
<- integrate(Sx, lower = 0, upper = Inf)$value
e0 <- integrate(Sx, lower = 20, upper = Inf)$value / Sx(20)
e20 <- integrate(Sx, lower = 60, upper = Inf)$value / Sx(60)
e60 e0; e20; e60
[1] 73.0953
[1] 53.11111
[1] 17.90395
5.4.2 b) Calcular la esperanza de vida de (60) en un horizonte de 10 años
Aquí se calcula la esperanza de vida limitada a 10 años. Se usa:
\[ e_{60}^{(10)} = \int_{0}^{10} t\,f_T(t)\,dt + 10\cdot tpx(60,10), \]
donde (tpx(60,10) = Sx(70)/Sx(60)) es la probabilidad de sobrevivir a 10 años.
<- integrate(function(t) t * ft(t), lower = 0, upper = 10)$value + 10 * tpx(60, 10)
e60_10 e60_10
[1] 8.816834
5.5 5) Cálculo usando Supuestos Alternativos
Calcular la probabilidad del punto (2) - Pr(que (60) muera entre 60 y 60.0833) - con base en los supuestos de los siguientes 3 puntos, que son supuestos alternativos para aproximar la probabilidad usando la función de riesgo, los siguientes:
5.5.1 a) Distribución uniforme de muertes
Se aproxima la probabilidad con el promedio de los valores de () en el inicio y final del intervalo multiplicado por el ancho del intervalo:
<- ((Mux(60) + Mux(60.0833)) / 2) * 0.0833
p5a p5a
[1] 0.001633458
5.5.2 b) Supuesto Balducci
Bajo Balducci se aproxima la probabilidad como:
\[ q \approx \frac{\mu(60)\delta}{1 + \mu(60)\delta/2}. \]
<- (Mux(60) * 0.0833) / (1 + (Mux(60) * 0.0833) / 2)
p5b p5b
[1] 0.001626515
5.5.3 c) Fuerza constante de mortalidad
Suponiendo una fuerza de mortalidad constante en el intervalo, la probabilidad es:
\[ q \approx 1 - \exp\bigl(-\mu(60)\cdot 0.0833\bigr). \]
<- 1 - exp(-Mux(60) * 0.0833)
p5c p5c
[1] 0.001626515
6 Tabla de Mortalidad
# Función para generar tabla de mortalidad
<- function(w, l0 = 100000, fx, Sx, tpx, tqx) {
CrearTablaMortalidad <- 1:w
x <- fx(x)
fx_v <- Sx(x)
Sx_v <- 1 - Sx_v
Fx_v <- tpx(x, 1)
px_v <- tqx(x, 1)
qx_v <- numeric(w)
lx 1] <- l0
lx[for (i in 2:w) {
<- lx[i - 1] * px_v[i - 1]
lx[i]
}<- lx * qx_v
dx data.frame(
edad = x, fx = fx_v, Fx = Fx_v, px = px_v, qx = qx_v, Sx = round(Sx_v,6), lx = round(lx), dx = round(dx)
)
}
# Generar la tabla usando Weibull y cohorte inicial de 100000
<- CrearTablaMortalidad(
tabla w = 120, l0 = 100000,
fx = fx, Sx = Sx, tpx = tpx, tqx = tqx
)
# Mostrar la tabla
print(tabla)
edad fx Fx px qx Sx lx dx
1 1 2.975907e-11 4.994227e-12 1.0000000 3.056183e-10 1.000000 100000 0
2 2 9.254259e-10 3.106125e-10 1.0000000 3.168727e-09 1.000000 100000 0
3 3 6.910798e-09 3.479339e-09 1.0000000 1.583906e-08 1.000000 100000 0
4 4 2.877822e-08 1.931840e-08 0.9999999 5.369969e-08 1.000000 100000 0
5 5 8.701881e-08 7.301809e-08 0.9999999 1.433778e-07 1.000000 100000 0
6 6 2.149069e-07 2.163959e-07 0.9999997 3.258121e-07 1.000000 100000 0
7 7 4.615517e-07 5.422079e-07 0.9999993 6.592909e-07 0.999999 100000 0
8 8 8.949230e-07 1.201498e-06 0.9999988 1.222468e-06 0.999999 100000 0
9 9 1.604856e-06 2.423965e-06 0.9999979 2.117357e-06 0.999998 100000 0
10 10 2.706035e-06 4.541316e-06 0.9999965 3.472310e-06 0.999995 100000 0
11 11 4.340967e-06 8.013611e-06 0.9999946 5.444986e-06 0.999992 99999 1
12 12 6.682929e-06 1.345855e-05 0.9999918 8.225293e-06 0.999987 99999 1
13 13 9.938909e-06 2.168374e-05 0.9999880 1.203834e-05 0.999978 99998 1
14 14 1.435252e-05 3.372181e-05 0.9999829 1.714733e-05 0.999966 99997 2
15 15 2.020691e-05 5.086856e-05 0.9999761 2.385654e-05 0.999949 99995 2
16 16 2.782761e-05 7.472390e-05 0.9999675 3.251417e-05 0.999925 99993 3
17 17 3.758544e-05 1.072356e-04 0.9999565 4.351523e-05 0.999893 99989 4
18 18 4.989922e-05 1.507462e-04 0.9999427 5.730448e-05 0.999849 99985 6
19 19 6.523865e-05 2.080420e-04 0.9999256 7.437926e-05 0.999792 99979 7
20 20 8.412692e-05 2.824058e-04 0.9999047 9.529238e-05 0.999718 99972 10
21 21 1.071434e-04 3.776713e-04 0.9998793 1.206549e-04 0.999622 99962 12
22 22 1.349260e-04 4.982806e-04 0.9998489 1.511391e-04 0.999502 99950 15
23 23 1.681740e-04 6.493444e-04 0.9998125 1.874812e-04 0.999351 99935 19
24 24 2.076498e-04 8.367039e-04 0.9997695 2.304841e-04 0.999163 99916 23
25 25 2.541811e-04 1.066995e-03 0.9997190 2.810203e-04 0.998933 99893 28
26 26 3.086631e-04 1.347716e-03 0.9996600 3.400347e-04 0.998652 99865 34
27 27 3.720595e-04 1.687292e-03 0.9995915 4.085472e-04 0.998313 99831 41
28 28 4.454041e-04 2.095150e-03 0.9995123 4.876555e-04 0.997905 99790 49
29 29 5.298013e-04 2.581784e-03 0.9994215 5.785378e-04 0.997418 99742 58
30 30 6.264266e-04 3.158828e-03 0.9993175 6.824554e-04 0.996841 99684 68
31 31 7.365258e-04 3.839127e-03 0.9991992 8.007554e-04 0.996161 99616 80
32 32 8.614147e-04 4.636809e-03 0.9990651 9.348733e-04 0.995363 99536 93
33 33 1.002476e-03 5.567347e-03 0.9989137 1.086335e-03 0.994433 99443 108
34 34 1.161159e-03 6.647634e-03 0.9987432 1.256762e-03 0.993352 99335 125
35 35 1.338972e-03 7.896041e-03 0.9985521 1.447867e-03 0.992104 99210 144
36 36 1.537480e-03 9.332476e-03 0.9983385 1.661466e-03 0.990668 99067 165
37 37 1.758297e-03 1.097844e-02 0.9981005 1.899473e-03 0.989022 98902 188
38 38 2.003077e-03 1.285706e-02 0.9978361 2.163905e-03 0.987143 98714 214
39 39 2.273506e-03 1.499314e-02 0.9975431 2.456883e-03 0.985007 98501 242
40 40 2.571289e-03 1.741319e-02 0.9972194 2.780637e-03 0.982587 98259 273
41 41 2.898132e-03 2.014541e-02 0.9968625 3.137505e-03 0.979855 97985 307
42 42 3.255731e-03 2.321970e-02 0.9964701 3.529934e-03 0.976780 97678 345
43 43 3.645749e-03 2.666767e-02 0.9960395 3.960487e-03 0.973332 97333 385
44 44 4.069792e-03 3.052254e-02 0.9955682 4.431837e-03 0.969477 96948 430
45 45 4.529387e-03 3.481911e-02 0.9950532 4.946776e-03 0.965181 96518 477
46 46 5.025952e-03 3.959364e-02 0.9944918 5.508210e-03 0.960406 96041 529
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